[发明专利]基于激光测距与激光干涉的地震前兆监测方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于激光测距与激光干涉的地震前兆监测方法与系统，该系统包括由地面激光发射接收站、载有激光光学反射器的绕地卫星或高空飞行器组成的天基多地同步激光测距系统，设置于地下地壳基岩位置的激光干涉仪及信息传输通讯系统组成的地基激光干涉测量系统；天基激光测距系统负责对地壳运动、地壳形变监测分析，地基激光干涉测量系统通过监测到的岩层传播的弹性应力波信息分析地动信号与微断裂信号获得有效地震前兆信息；本发明通过对地壳形变、地动信号及微断裂信号的监测与综合分析，可显著提高地震震中、震级、发震时间三要素的预报准确率。

技术领域

本发明涉及地震预测预报领域，尤其涉及一种激光对地震震中、震级、发震时间三要素的动态监测预报方法与系统。

背景技术

激光地震预报是世界级难题，现有的旱震、磁暴、可公度法等理论都很难在临震前期做出地震三要素短期准确预报，到目前为止没有能够实现对短临地震震中、震级、发震时间三要素预报的有效方法。

21世纪初观测到地震前存在预滑、震颤、以及前驱波等现象，地震前地壳岩石圈变形应力过程存在稳态、亚稳态、亚失稳态、失稳态4种状态；在稳态阶段，断层处于弹性变形阶段，只要外力撤除，变形立即恢复；在亚稳态阶段，断层处于偏离线性阶段，外力撤除，一部分应变立即恢复，另一部分以缓慢方式逐步恢复，而局部损伤区无法恢复；进入亚失稳阶段，断层已经处于以释放为主的变形阶段，外载的变量已不足以弥补断层的应力释放水平，断层由准静态释放转变为不可逆转的准动态释放，最终失稳，地震不可避免的发生。

地球表面地壳由几大不同板块组成，软流层以上的地幔部分和地壳共同组成了岩石圈，地壳分为上下两层，上层化学成分以氧、硅、铝为主，平均化学组成与花岗岩相似，称为花岗岩层，亦有人称之为“硅铝层”，下层富含硅和镁，平均化学组成与玄武岩相似，称为玄武岩层，有人称之为“硅镁层”。地壳不同板块岩石圈可以近似看作漂浮于软流层之上，地球自转对地表各板块的离心力作用由赤道向南北两极逐渐减弱，从而各板块之间的相互挤压、周期性冲击等作用也由低纬度到高纬度逐步减弱，大西洋中脊东西方向不断扩张引起两侧板块挤压，也就形成了目前我们常见的地震带分布南北走向明显多于东西走向。

发明内容

(一)要解决的技术问题

现有地卫激光测距都是根据地面激光站点对通过上空的在轨卫星发射激光脉冲进行单点测距，激光往返经过大气层返回地面同轴接收器获得卫星的高度信息，通过对不同时间段单站点测距数值的比较得出地面高度随时间的变动信息，这种测距方法得出的结论受因微重力变化卫星轨道变动的影响不能有效反应当地地面高度的实际变动，单通过地卫激光测距监测无法对地壳形变变动是否足以引发地震及发震时间、震中、震级作出准确的判断；对地壳基岩形变进行地电测量的监测方法，受外在环境影响较大而无法作出准确的地震前兆判断，造成地震有效预报的准确率太低，无法在震前做出防灾准备。

地动信号及微断裂信号以弹性应力波形式在地壳岩石层中向四周扩散传播，因地壳岩石圈上下层及地幔上部、莫霍面等所含物质成分不同，这就使得弹性应力波在不同地层物质中传播速度发生了变化，有快有慢，通过现有科技手段对这种微断裂信号的弹性应力波进行监测分析计算也就可以得出弹性应力波的发生方位、距离信息，从而确定可能发生地震的具体区域；通过建立对地动信号及微断裂信号实时监测的地基激光干涉测量系统、对地壳形变及板块运动有效监测的天基多点地卫同步激光测距系统，两者监测到的数据综合分析，可获得地壳形变、地震前兆的更有效信息，从而大幅提高预报准确率，实现对地震发生震中、震级、发震时间三要素的临震快速准确预报。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于激光测距与激光干涉的地震前兆监测方法与系统，该监测系统包括天基多地同步激光测距系统，地基激光干涉测量系统；

其中，天基多地同步激光测距系统包括地面激光发射接收站，载有光学反射器的绕地卫星或高空飞行器；